Оптический датчик, не требующий тонкой настройки

Коэффициенты передачи тока оптических датчиков одного типа могут различаться в 16 раз из-за разброса параметров светодиодов, фототранзисторов, оптического пути, а также из-за влияния температуры. В схемах со связью по постоянному току столь большой разброс затрудняет выбор резисторов. Вы должны подобрать такое сопротивление выходного резистора, чтобы не допустить насыщения выходного каскада, но, в то же время, низкие значения резисторов при низких коэффициентах передачи не обеспечивают достаточного размаха выходного напряжения. Обычно для согласования уровня постоянного выходного напряжения с коэффициентом передачи вам приходится подстраивать схему, и перенастраивать ее еще раз при экстремальных температурах или при загрязнении оптического промежутка. Однако схема, изображенная на Рисунке 1, в регулировках не нуждается. Для управления током выходного резистора используется обратная связь по постоянному току. Это делает выходное напряжение предсказуемым и постоянным.

Оптический датчик, не требующий тонкой настройки
Рисунок 1. Цепь обратной связи ОУ обеспечивает постоянство тока
фототранзистора, поэтому схема не требует подстройки
под коэффициент передачи тока.
Пренебрегая малым входным током операционного усилителя (ОУ) и обратным током диода D3, можно считать, что I1 = I2, и при включенном фототранзисторе (когда световой поток не прерван) выходное напряжение схемы равно 2.7 В. Когда фототранзистор закрыт (световой поток перекрыт), выходное напряжение равно нулю. Размах выходного напряжения ОУ подстраивается под вариации коэффициента передачи. Это выходное напряжение всегда принимает такое значение, чтобы ток светодиода был в коэффициент передачи тока раз меньше эмиттерного тока фототранзистора. Входной ток описывается следующим выражением:

 

Разброс коэффициентов передачи лежит в диапазоне от 80 до 5:

 

Диапазон выходных напряжений ОУ ограничен, особенно при значительных выходных токах, поэтому здесь используется усилитель TLC071, способный отдавать достаточно большой ток 20 мА при используемом в данной схеме напряжении 3.5 В.

 

Когда свет перекрыт, ток эмиттера фототранзистора спадает до нуля. Протекать через выключенный транзистор Q1 входной ток I1 не может, поэтому выход ОУ находится на уровне, близком к напряжению положительной шины. Если выходной каскад ОУ окажется в насыщении, время его восстановления станет непредсказуемым, поэтому в схему добавлена комбинация из стабилитрона D2 и диода D3, защищающая ОУ от насыщения. При приближении выходного напряжения ОУ к 3.4 В (VD2 + VD3 = 2.7 В + 0.7 В), диоды начинают ограничивать выходное напряжение, не допуская насыщения выходного каскада. Резистор R3 сопротивлением 270 Ом обеспечивает достаточный ток светодиода, в то же время, не давая выходу войти в насыщение. Если эта схема должна управлять логической схемой с насыщением, ее выход следует буферизовать с помощью логического элемента с входным гистерезисом или с помощью компаратора с гистерезисом.

© Ссылка на источник https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=278137